L'industrie photovoltaïque bat son plein depuis plusieurs années : les enjeux sont critiques face à la volonté d'une bascule globale vers les énergies renouvelables. Néanmoins, jusqu'ici chercheurs et industriels se heurtaient à un seuil de rendement situé entre 28 et 30% qui paraissaient complexes à franchir, avec l'annonce de la nécessité d'une dizaine d'années pour développer des technologies à même de dépasser ce cap. Mais les cellules solaires à base de pérovskite, un matériau cristallin aux propriétés exceptionnelles est en train de bouleverser les standards de performance. Le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) vient d'annoncer un nouveau record de rendement pour une cellule tandem pérovskite-silicium, atteignant l'impressionnant chiffre de 30,8%. Cette avancée majeure pourrait bien marquer un tournant dans notre façon de produire de l'énergie solaire.

La pérovskite, un matériau révolutionnaire

La pérovskite n'est pas une nouveauté dans le monde scientifique, mais son application dans le domaine photovoltaïque a ouvert de nouvelles perspectives. Ce matériau présente des propriétés uniques qui le rendent particulièrement efficace pour convertir la lumière en électricité. Sa structure cristalline permet une meilleure absorption du spectre lumineux, notamment dans les longueurs d'onde où le silicium est moins performant. On peut ainsi capter et transformer plus de lumière dont une partie était jusqu'ici inexploitée.

L'un des avantages majeurs de la pérovskite réside dans sa flexibilité. Les chercheurs peuvent ajuster sa composition chimique pour optimiser ses performances en fonction des besoins spécifiques. Cette adaptabilité ouvre la voie à des cellules solaires sur mesure, capables de s'adapter à différents environnements et applications. En fonction de l'ensoleillement, des conditions météo et autres delta, il serait possible de proposer des panneaux dont le rendement est toujours optimal, peu importe l'emplacement géographique.

Le tandem pérovskite-silicium : l'union fait la force

Le record établi par le CEA repose sur une cellule tandem, combinant une couche de pérovskite avec une cellule de silicium traditionnelle. Cette approche permet de tirer le meilleur des deux technologies :

  • La pérovskite capture efficacement les photons à haute énergie (lumière bleue et verte)
  • Le silicium récupère les photons à basse énergie (lumière rouge et infrarouge)

Cette synergie permet de dépasser la limite théorique de rendement des cellules silicium classiques, estimée à environ 29%. Avec 30,8% d'efficacité, la cellule du CEA franchit une barrière symbolique et ouvre la voie à des panneaux solaires toujours plus performants.

Des défis à relever pour une industrialisation à grande échelle

Malgré ces résultats prometteurs, plusieurs obstacles restent à surmonter avant de voir des panneaux solaires à pérovskite sur nos toits :

  • La stabilité : Les cellules à pérovskite ont tendance à se dégrader plus rapidement que leurs homologues en silicium, notamment sous l'effet de l'humidité et de la chaleur.
  • La durabilité : Les panneaux solaires actuels ont une durée de vie de 25 à 30 ans. Les cellules à pérovskite doivent atteindre des performances similaires pour être compétitives.
  • L'industrialisation : Le passage du laboratoire à la production industrielle représente toujours un défi technique et économique.

Les chercheurs du CEA et leurs partenaires travaillent activement sur ces problématiques. Ils ont notamment réussi à produire une cellule de 9 cm², une surface bien plus importante que les 1 cm² habituellement utilisés pour les records en laboratoire. Cette avancée rapproche la technologie d'une application industrielle concrète, mais le chemin s'annonce encore long pour une adoption massive.

Vers une nouvelle génération de panneaux solaires

L'amélioration du rendement des cellules solaires a des implications considérables pour l'industrie photovoltaïque et la transition énergétique :

  • Réduction des coûts : Des cellules plus efficaces permettent de produire plus d'électricité avec moins de panneaux, réduisant ainsi les coûts d'installation et de maintenance.
  • Optimisation de l'espace : Une efficacité accrue signifie qu'une surface donnée peut générer plus d'énergie, rendant le solaire plus attractif dans les zones urbaines où l'espace est limité.
  • Nouvelles applications : La légèreté et la flexibilité potentielles des cellules à pérovskite ouvrent la voie à des applications innovantes, comme des panneaux solaires intégrés aux vêtements ou aux véhicules.

La technologie pérovskite pourrait également donner un nouvel élan à l'industrie solaire européenne, actuellement dominée par les fabricants asiatiques. Le CEA et ses partenaires, dont l'entreprise italienne 3SUN, se positionnent en pionniers de cette révolution technologique. L'Union européenne pourrait également avoir un rôle à jouer pour mettre en avant cette avancée locale face à des productions chinoises plus intéressantes à court terme, mais bien moins efficaces et durables.

L'avenir radieux du photovoltaïque

Le record de 30,8% établi par le CEA n'est qu'une étape dans la quête d'une énergie solaire toujours plus efficace. D'autres équipes de recherche à travers le monde repoussent également les limites, avec des rendements atteignant jusqu'à 33,9% pour les cellules tandem pérovskite-silicium les plus avancées.

Parallèlement, de nouveaux matériaux comme le kesterite font leur apparition, promettant des cellules solaires encore plus performantes et respectueuses de l'environnement. Ces avancées technologiques laissent entrevoir un avenir où l'énergie solaire pourrait devenir la source d'électricité dominante à l'échelle mondiale. Elle pourrait ainsi se montrer plus convaincante tant auprès des particuliers que des professionnels, et faire en partie oublier l'intermittence de la production énergétique par un rendement supérieur, resterait alors à se pencher sur la question du stockage énergétique.

La révolution pérovskite est en marche, et elle pourrait bien redessiner le paysage énergétique dans les années à venir. Avec des rendements toujours plus élevés et des coûts en baisse constante, le solaire s'impose comme une solution incontournable pour répondre aux défis climatiques et énergétiques du XXIe siècle.